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体细胞同源重组(HR)修复的诱导是生物体对外界损伤的普遍反应,以其为核心构建合适的研究体系,可以有效克服辐射诱变效应研究中以表型分析作为主要生物学终点带来的费时费力、实验周期长等缺点。本研究以同源重组频率(HRF)和同源重组相关基因AtRAD54表达水平为主要生物学终点,建立了拟南芥同源重组分析体系,实现了遗传改变在处理当代和后代中的定点、定量、早期评估,并使用该体系研究了重离子辐射诱导的DNA损伤,以下是本研究的主要内容和结果:
1.同源重组分析体系的适用性验证:10 Gy的alpha粒子辐照拟南芥幼苗可以引起HRF的显著增加和IAtRAD54表达水平的显著上调,30 keV的40Ar+辐照随机摆放的拟南芥种子可以引起HRF的显著增加,但AtRAD54表达水平无显著变化;实验还研究了该拟南芥同源重组分析体系对甲醛的响应,证明甲醛处理幼苗可以引起HRF的显著增加和AtRAD54表达水平的显著上调,但拟南芥种子对甲醛不敏感。
2.植物活体水平的长程诱变效应研究:10 Gy的alpha粒子辐照拟南芥幼苗根尖部位,在未受直接照射的地上部分检测到了HRF的持续增加和AtRAD54表达水平的短期显著上调,证明了植物活体水平长程诱变效应的存在,进一步实验证明ROS在辐射产生的这种长程诱变效应中起到重要作用。
3.低能离子辐照产生的长程诱变效应分析:30 keV的40Ar+辐射拟南芥种子不同部位(RAM端、SAM端、子叶侧和幼根侧)可引起HRF的显著增加,且增加程度与辐照部位有关,RAM端辐照效率最高:与HRF的增加不同,只有RAM端辐照可以引起,AtRAD54表达水平的显著上调,进一步研究发现,30 keV的40Ar+辐照同样可以引起包括发芽、根长、第一片真叶出现速度等生理发育终点的抑制,且RAM端辐照均表现出最高的损伤程度。30 keV的14N+诱变规律与40Ar+类似,不同的是SAM端辐照与RAM端辐照具有类似的损伤程度。
4.中能重离子辐照生物效应的垂直分布探讨:使用拟南芥分层辐照装置,研究了87.5 MeV/u的12C6+辐照牛物效应的垂直分布情况,发现离子在拟南芥种子中入射深度在2.8-3.4 cm之间,结果显示生物效应随垂直深度变化的规律比较复杂,不仪射程末端(2.8-3.4 cm)损伤较大,而且离子通道前端(0-2.8 cm)的损伤程度也不可忽视,不仅如此,研究还发现位于离子射程之外(3.4-4.0 cm)的拟南芥种子仍然表现出可检测到的损伤。更重要的是辐照后代的HRF增加同样显著,且变化规律与当代相同。